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新型砂巖自轉(zhuǎn)向酸體系的研究與應(yīng)用

文檔作者：高尚1 符揚(yáng)洋1 孟祥海1 劉長龍1 王瑞2 文檔來源： 1. 中海石油（中國）有限公司天津分公司 2. 石油工業(yè)出版社		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年02月26日
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第34 卷 第2 期
2017 年3 月
Vol. 34 No. 2
Mar. 2017
鉆 井 液 與 完 井 液
DRILLING FLUID &amp;amp; COMPLETION FLUID
doi: 10.3969/j.issn.1001-5620.2017.02.022
新型砂巖自轉(zhuǎn)向酸體系的研究與應(yīng)用
高尚1，　符揚(yáng)洋1，　孟祥海1，　劉長龍1，　王瑞2
（1. 中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300459 ；2. 石油工業(yè)出版社，北京100020）
高尚，符揚(yáng)洋，孟祥海，等，新型砂巖自轉(zhuǎn)向酸體系的研究與應(yīng)用[J]. 鉆井液與完井液，2017，34（2）：121-125.
Gao Shang，F(xiàn)u Yangyang，Meng Xianghai，et al.Study and applicationof a new self-diverting acid for use in sandstone
fracturing[J].Drilling Fluid &amp;amp; Completion Fluid, 2017, 34（2）：121-125.
摘要　渤海主力油田儲(chǔ)層層間滲透率級(jí)差大、非均質(zhì)性強(qiáng)，酸化過程中酸液大量進(jìn)入高滲層，引起滲透率級(jí)差進(jìn)一步
加劇，不能有效改善中低滲層，酸化解堵效果不理想。針對(duì)該問題，以新型兩性離子表面活性劑ZX-1 為稠化劑，優(yōu)化形
成了砂巖自轉(zhuǎn)向酸體系，對(duì)該體系開展了流變性、配伍性、破膠性能、轉(zhuǎn)向酸化效果評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明模擬鮮酸黏度6
mPa·s，利于注入儲(chǔ)層；模擬自轉(zhuǎn)向酸變黏體系黏度60 mPa·s，耐剪切性強(qiáng)；模擬殘酸黏度2 mPa·s，利于返排。自轉(zhuǎn)
向酸與緩蝕劑、鐵離子穩(wěn)定劑、防膨劑及助排劑配伍性良好，無沉淀、殘?jiān)a(chǎn)生；體系破膠容易，異丙醇、破乳劑、乙二
醇丁醚及酸液消耗均能使自轉(zhuǎn)向酸完全破膠，破膠后溶液黏度均低于10 mPa·s ；體系具有自我清潔的作用，即使現(xiàn)場(chǎng)酸
液未能完全破膠，經(jīng)過一段時(shí)間能自動(dòng)破膠，不會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成永久性傷害。該自轉(zhuǎn)向酸體系具有良好轉(zhuǎn)向分流能力，隨著
初始滲透率級(jí)差從比2.00 增大到10.70，酸化后低滲巖心滲透率改善倍數(shù)明顯增大，高低滲巖心滲透率級(jí)差比減小，當(dāng)滲
透率級(jí)差達(dá)到10.7 時(shí)，體系仍能實(shí)現(xiàn)有效分流酸化。ZX-1 自轉(zhuǎn)向酸現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果明顯，具有良好應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞　自轉(zhuǎn)向酸；砂巖；酸化；增產(chǎn)措施；兩性離子表面活性劑；渤海油田
中圖分類號(hào)：TE357.12　　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　　　　文章編號(hào)：1001-5620（2017）02-0121-05
Study and Application of a New Self-diverting Acid for Use in Sandstone Fracturing
GAO Shang1, FU Yangyang1, MENG Xianghai1, LIU Changlong1, WANG Rui2
(1.Tianjin Branch Company, CNOOC, Tianjin 300459;2.Petroleum Industry Press, Beijing 100020)
Abstract The main reservoirs in the Bohai oilfield are characteristic of big permeability differences between different production layers,
and high heterogeneity. This has resulted in the acid solution flowing mainly into the high permeability layers, further aggravating the
permeability differences, making it difficult to effectively improve the conductivity of the layers with medium and low permeability,
and resulting in poor acidizing job quality. A new self-diverting acid was developed to deal with these problems. The self-diverting
acid was viscosified with ZX-1, an amphoteric surfactant. Laboratory experiments have been conducted on the rheology, compatibility,
gel-breaking and the diverting acid stimulation performance of the self-diverting acid. It was shown that the simulated fresh acid had
viscosity of 6 mPa·s, which was easy to inject into reservoir formations. The viscosified simulated self-diverting acid had viscosity
of 60 mPa·s, highly resistant to shearing. And the simulated residue acid had viscosity of only 2 mPa·s, easy to be flowed back.
The self-diverting acid was well compatible with corrosion inhibitors, iron ion stabilizers, swelling inhibitors and cleanup additives,
and no precipitation and residue were observed in the experiments. Gel breaking of the self-diverting acid was easy to realize with isopropyl
alcohol, demulsifiers, ethylene glycol mono-butyl ether and acid solutions. Viscosity of the self-diverting acid after gel breaking
was less than 10 mPa·s. Part of the gel within the viscosified acid may not be broken at the time of application, but with time, it will
automatically become broken, rendering no permanent damage to the potential of reservoir. The self-diverting acid had good diverting
property, with the permeability difference ratio increased from the initial value of 2.00 to the final value of 10.70. After acid stimulation,
the permeability of the low-permeability layers was enhanced remarkably, and the permeability differences between the high- and
第一作者簡介：高尚，工程師，1983 年生，畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)并獲碩士研究生學(xué)位，現(xiàn)在從
事酸化壓裂研究工作。電話（010）66501172 ；E-mail ：gaoshang@cnooc.com.cn。。
萬方數(shù)據(jù)
122 鉆　井　液　與　完　井　液 2017 年 3 月
渤海主力油田儲(chǔ)層具有井段長、非均質(zhì)性嚴(yán)重
的特征，如P 油田具有多層系、大跨度、大斜度井，
C 油田具有高含水、長井段水平井等特點(diǎn)，在生產(chǎn)
過程中易受到傷害，產(chǎn)能不理想，迫切需要酸化解
堵。然而，由于大跨度、長井段、物性非均質(zhì)及壓
力差異大等特點(diǎn)，酸化過程中酸液大量進(jìn)入大孔道、
高滲儲(chǔ)層，導(dǎo)致高滲層受到過度酸化，中低滲目的
層不能得到有效解堵改善，層間非均質(zhì)性進(jìn)一步增
大，酸化后“增液不增油”，加劇了油田注水無效
循環(huán)，酸化效果不理想。受限于渤海油田大段防砂
完井、平臺(tái)場(chǎng)地空間限制等客觀條件，封隔器、堵
球類機(jī)械分流酸化分流工藝無法實(shí)施[1] ；連續(xù)油管
作業(yè)排量有限制，通常用于水平井[2] ；前期油田采
用泡沫及微粒的化學(xué)酸化轉(zhuǎn)向方法，由于化學(xué)微粒
暫堵強(qiáng)度不夠、泡沫穩(wěn)定性較差等問題，轉(zhuǎn)向分流
效果較差。因此，研究有效可行的酸液轉(zhuǎn)向技術(shù)已
成為改造儲(chǔ)層、實(shí)現(xiàn)油田高效開發(fā)的關(guān)鍵需求。自
轉(zhuǎn)向酸因其具有良好的轉(zhuǎn)向分流性能、對(duì)儲(chǔ)層無傷
害等特點(diǎn)，在國內(nèi)外一些油田的應(yīng)用取得了很好的
效果[3-6]。筆者應(yīng)用研制的新型兩性離子表面活性
劑ZX-1 作為稠化劑，優(yōu)化形成了砂巖自轉(zhuǎn)向酸體
系。常用碳酸鹽巖自轉(zhuǎn)向酸需通過pH 值變化，鈣、
鎂離子綜合作用實(shí)現(xiàn)變黏[7-10]，ZX-1 自轉(zhuǎn)向酸體
系僅通過H+ 濃度的變化就可實(shí)現(xiàn)體系流變性能
的改變，因此適用于碳酸鹽巖礦物含量較少的砂巖
儲(chǔ)層。
1　自轉(zhuǎn)向酸體系變黏性能實(shí)驗(yàn)
自轉(zhuǎn)向酸液體系由鹽酸、稠化劑ZX-1 和添加
劑組成。ZX-1 是一種新型含羧酸基甜菜堿類表面
活性劑，季銨基團(tuán)中含強(qiáng)堿性N 原子，而羧酸根具
有親H+ 的能力。酸巖反應(yīng)初期，鹽酸濃度大，H+
電離程度高，表面活性劑分子呈分散狀態(tài)，溶液黏
度低。隨著酸巖反應(yīng)，鹽酸大量消耗，羧酸根親和
H+ 引起表面活性劑分子聚集形成膠束，溶液黏度
急劇增大。隨著鹽酸進(jìn)一步消耗，H+ 濃度進(jìn)一步
降低，膠束結(jié)構(gòu)破壞，溶液黏度下降。通過NDJ-1
旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)（6 r/min） 測(cè)定常溫下不同鹽酸
濃度、不同稠化劑濃度條件下體系的黏度，見圖1。
從圖1 可以看到， 鹽酸濃度一定時(shí)， 隨著
ZX-1 濃度的增大，轉(zhuǎn)向酸黏度均逐漸增大。當(dāng)
ZX-1 濃度高于6% 以后，高濃度鹽酸轉(zhuǎn)向酸黏度
較大，不滿足酸化施工鮮酸低黏度要求，當(dāng)ZX-1
濃度低于4% 后，體系黏度波動(dòng)較小，不能有效形
成暫堵，ZX-1 最優(yōu)用量為4%～6% ；ZX-1 濃度一
定時(shí)，體系黏度隨著鹽酸濃度增加呈先增大后減小
趨勢(shì)，當(dāng)鹽酸濃度大于13% 時(shí)體系黏度較小，當(dāng)
鹽酸濃度為6%～9% 時(shí)體系黏度較大，當(dāng)鹽酸濃
度低于4% 時(shí)體系黏度小。
圖1　體系黏度隨HCl 及稠化劑濃度變化曲線
2　自轉(zhuǎn)向酸體系流變性能實(shí)驗(yàn)
以13%HCl+6%ZX-1 模擬自轉(zhuǎn)向酸體系鮮酸，
2%HCl+6%ZX-1 模擬自轉(zhuǎn)向酸體系殘酸，8%
HCl+6%ZX-1 模擬自轉(zhuǎn)向酸變黏體系，通過RV-600
耐酸流變儀研究體系流變性能，見圖2～圖4。由
圖2 可知，鮮酸整體黏度低，剪切速率為170 s-1 時(shí)，
隨著溫度從60 ℃增大到120 ℃，體系黏度呈下降
趨勢(shì)，最終剪切黏度為5 mPa·s，證明鮮酸利于注
入儲(chǔ)層。
圖2　13%HCl+6%ZX-1 體系流變曲線
low-permeability layers were reduced. When the permeability difference reached 10.7, diverting acid stimulation can still be achieved.
Based on the results of the field application, the self-diverting acid will find wide application in the future.
Key words Self-diverting acid; Sandstone; Acid stimulation; Oilfield stimulation; Amphoteric surfactant; Bohai oilfield
萬方數(shù)據(jù)
第 34 卷 第 2 期 高尚等：新型砂巖自轉(zhuǎn)向酸體系的研究與應(yīng)用 123
由圖3 可見，殘酸黏度隨著剪切時(shí)間的增長呈
現(xiàn)下降的趨勢(shì)，最終剪切黏度約為2 mPa·s，整體
黏度低，利于酸化施工后酸液從儲(chǔ)層返排至地面。
由圖4 可見，在60 ℃下頻繁剪切1 h，體系黏度變
化不大。因此，自轉(zhuǎn)向酸變黏體系黏度高，注入地層
后不會(huì)因?yàn)轭l繁剪切造成破壞，可有效暫堵高滲層。
圖3　2%HCl+6%ZX-1 體系流變曲線
圖4　8%HCl+6%ZX-1 體系流變曲線
3　配伍性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)
通過實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)自轉(zhuǎn)向酸與常用酸化添加劑的配
伍性，并在常溫和60 ℃下分別分析添加劑對(duì)自轉(zhuǎn)
向酸轉(zhuǎn)向效果影響。選用緩蝕劑為油田常用有機(jī)胺
化合物，鐵離子穩(wěn)定劑為乙二胺四乙酸，防膨劑為
油田常用硅烷類化合物，助排劑為醇類化合物。實(shí)
驗(yàn)結(jié)果表明，加入各添加劑后，自轉(zhuǎn)向酸溶液均勻
透明，無沉淀殘?jiān)痊F(xiàn)象出現(xiàn)；加入緩蝕劑、鐵離
子穩(wěn)定劑、防膨劑及助排劑后，轉(zhuǎn)向酸黏度無明顯
變化；綜合添加各添加劑后，配伍性良好。
4　破膠性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)
4.1　混液破膠實(shí)驗(yàn)
配制自轉(zhuǎn)向酸體系（8%HCl+6%ZX-1+ 添加
劑），分別量取100 mL 酸液，分別加入5 mL 異丙醇、
5 mL 乙二醇丁醚、碳酸鈣粉末（反應(yīng)至中性），觀
察酸液破膠情況。向膠束體系加入異丙醇、乙二醇
丁醚后，兩性離子表面活性劑ZX-1 親水基吸附到
異丙醇、乙二醇丁醚上，膠束結(jié)構(gòu)破壞，體系黏度
降低。實(shí)驗(yàn)表明，異丙醇、乙二醇丁醚及酸液消耗
均能使自轉(zhuǎn)向酸完全破膠，破膠后溶液黏度均低于
10 mPa·s，破膠后溶液均勻透明，無殘?jiān)?
4.2　存放破膠實(shí)驗(yàn)
配制自轉(zhuǎn)向酸體系（8%HCl+6%ZX-1+ 添加
劑），然后靜置于60 ℃水浴中，計(jì)量黏度值隨時(shí)間
的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5 所示。從圖5 可知，在
60 ℃下自轉(zhuǎn)向酸黏度隨時(shí)間逐漸減小，水浴13 d
后完全破膠，破膠后溶液黏度低于10 mPa·s，無
殘?jiān)?。由此可見，自轉(zhuǎn)向酸液具有自我清潔的作用，
即使現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)體系不能完全破膠，經(jīng)過一段時(shí)間會(huì)
自動(dòng)破膠，不會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成永久性傷害。
圖5　自轉(zhuǎn)向酸黏度隨時(shí)間變化關(guān)系
5　轉(zhuǎn)向酸化效果評(píng)價(jià)
采用P 油田巖樣（φ=25 mm，L=70 mm），開
展雙巖心酸化驅(qū)替實(shí)驗(yàn)（60 ℃），驅(qū)替順序?yàn)檎?qū)
地層水→正驅(qū)轉(zhuǎn)向酸→正驅(qū)處理液→正驅(qū)后置液→
正驅(qū)地層水。自轉(zhuǎn)向酸為13%HCl+6%ZX-1+ 添加
劑，處理液為11%HCl+4%HF+ 添加劑，后置液為
5%EGMBE 溶液。圖6 為滲透率級(jí)差比為2.25 時(shí)
自轉(zhuǎn)向酸酸化效果。
圖6　自轉(zhuǎn)向酸并聯(lián)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)（滲透率級(jí)差比2.25）
萬方數(shù)據(jù)
124 鉆　井　液　與　完　井　液 2017 年 3 月
由圖6 可知，初始注入地層水后，高滲巖心流
速為5.7 mL/min，低滲巖心流速為2.3 mL/min，2
者滲流能力差異大；注入自轉(zhuǎn)向酸后，高滲巖心滲
透率逐漸降低，低滲巖心逐漸增大，且逐漸趨于一
致；注入土酸后，滲透率均逐漸改善；注入后置液后，
體系逐漸破膠，滲透率進(jìn)一步改善；最終高低滲巖
心流速均得到提高，且低滲巖心滲透率改善幅度較
大，轉(zhuǎn)向分流酸化效果明顯。
開展并聯(lián)巖心土酸酸化實(shí)驗(yàn)及并聯(lián)巖心自轉(zhuǎn)向
酸酸化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。由表1 可知，常規(guī)土酸
酸化后高滲巖心滲透率改善倍數(shù)大于低滲巖心滲透
率改善倍數(shù)，且隨著初始滲透率級(jí)差從1.66 增大
到10.53，酸化后滲透率級(jí)差大幅增大；自轉(zhuǎn)向酸
酸化后低滲巖心滲透率改善倍數(shù)明顯增大，高低滲
巖心滲透率級(jí)差比減??；自轉(zhuǎn)向酸具有較強(qiáng)分流轉(zhuǎn)
向能力，當(dāng)滲透率級(jí)差達(dá)到10.7 時(shí)，體系仍能實(shí)
現(xiàn)有效分流酸化。
表1　土酸與引入自轉(zhuǎn)向酸酸化后酸化效果對(duì)比
組別
K0/
mD
原始級(jí)
差比
Kd/
mD 改善倍數(shù)
酸化后
級(jí)差比
土酸
272.5
1.66
364.7 1.34
2.19
451.6 800.3 1.77
自轉(zhuǎn)向酸+
土酸
230.3
2.00
413.3 1.79
1.30
461.5 539.9 1.17
土酸
300.3
5.15
3 86.8 1.29
6.63
1 546.7 2 563.1 1.66
自轉(zhuǎn)向酸+
土酸
329.7
4.54
1 002.3 3.04
1.70
1 498.1 1 712.6 1.14
土酸
232.6
10.53
267.7 1.15
14.53
2 448.4 3 890.0 1.59
自轉(zhuǎn)向酸+
土酸
255.5
10.70
1 488.8 5.83
2.18
2 734.8 3 250.2 1.19
6　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
ZX-1 在C 油田D16H 和D30H 井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)
應(yīng)用。2 口井均為高含水、長井段水平井，2 口井
產(chǎn)量下降明顯，分析認(rèn)為近井地帶污染嚴(yán)重，前期
常規(guī)酸化過度激勵(lì)高含水層，酸化后含水率增幅較
大，故采用ZX-1 體系進(jìn)行轉(zhuǎn)向酸化作業(yè)，釋放中
低滲層產(chǎn)能?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)注入自轉(zhuǎn)向酸后，注入壓力
平均升高3.5 MPa，增黏轉(zhuǎn)向效果明顯。措施后產(chǎn)
油量平均增幅6.3 m3/d，含水平均下降10.1%，整
體酸化效果較好，油田計(jì)劃擴(kuò)大應(yīng)用。
7　結(jié)論
1. 研制出一種新型砂巖用ZX-1 自轉(zhuǎn)向酸體系，
其與油田常用的緩蝕劑、鐵離子穩(wěn)定劑、防膨劑及
助排劑配伍性良好。
2. 異丙醇、乙二醇丁醚、酸液消耗均能使
自轉(zhuǎn)向酸完全破膠，破膠后溶液黏度均低于10
mPa·s，破膠后溶液均勻透明，無殘?jiān)?。自轉(zhuǎn)向
酸液還具有自我清潔的作用，即使現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)體系不
能完全破膠，經(jīng)過一段時(shí)間也會(huì)自動(dòng)破膠。
3. 相比于常規(guī)土酸酸化，自轉(zhuǎn)向酸酸化時(shí)低
滲巖心滲透率改善倍數(shù)明顯增大，酸化后高低滲巖
心滲透率級(jí)差比減小，當(dāng)滲透率級(jí)差達(dá)到10.7 時(shí)，
體系仍能實(shí)現(xiàn)有效分流酸化。ZX-1 自轉(zhuǎn)向酸在C
油田D16H 和D30H 的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好，具有良
好應(yīng)用前景。
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（收稿日期2016-12-9；HGF=1702F4；編輯　付玥穎）
（上接第120頁）

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